CN103107364A - 一种低温型锂离子电池电解液及锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温型锂离子电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为0.8～1.5mol/l，所述混合溶剂由以下重量百分含量的组分组成：20％～40％的碳酸乙烯酯EC、5％～30％的碳酸甲乙烯酯EMC、30％～50％的乙酸甲酯MA、0.5％～5％的碳酸亚乙烯酯VC。本发明通过在基本溶剂碳酸乙烯酯EC中加入低熔点的有机溶剂碳酸甲乙烯酯EMC和乙酸甲酯MA以及成膜添加剂碳酸亚乙烯酯VC，使锂离子电池的低温性能得到了改善，提高了锂离子电池在低温条件下的电化学性能，大大拓宽了锂离子电池的应用范围。

Description

一种低温型锂离子电池电解液及锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种低温型锂离子电池电解液及采用该电解液制成的锂离子电池。
背景技术
锂离子电池是20世纪开发的新型高能电池。锂离子电池由于具有工作电压高(3.6V，是镉-镍，氢-镍电池的三倍)、体积小(比氢-镍电池小30％)、质量轻(比氢-镍电池轻50％)、比能量高(140WH·Kg-1，是镍-镉电池的2～3倍，氢-镍电池的1～2倍)、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等优点，成为21世纪发展的理想能源。锂离子电池电解液是锂离子电池的重要组成部分，是锂离子电池的血液，在锂离子电池中起传递锂离子的作用。锂离子电池电解液通常由碳酸酯类有机溶剂(如碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯)、电解质锂盐(如LiPF6、LiBF4)等组成。
近年来，锂离子电池得到了迅速发展，但以目前的技术来讲，锂离子电池仍存在一些不足，因此其使用范围也受到了限制，其中使用的环境温度就是一个重要的限制因素。当使用的环境温度过低时，锂离子电池的性能就会下降。锂离子电池在低温条件下性能差的主要原因是：由于锂电池电解液在低温下会发生凝固，因此电解液的粘度变大，锂离子迁移变得困难，正极与隔膜及负极与隔膜间的阻抗也会增大，低温条件下，电解液对隔膜的浸湿性以及锂离子对隔膜的穿透性都会较差，因此导致锂离子电池在低温条件下性能下降。因此，提高锂离子电池在低温条件下的电性能，以拓宽锂离子电池的应用范围成为锂离子电池研究领域的一个热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温型锂离子电池电解液。
本发明的目的还在于提供一种锂离子电池。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种低温型锂离子电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为0.8～1.5mol/l，所述混合溶剂由以下重量百分含量的组分组成：20％～40％的碳酸乙烯酯EC、5％～30％的碳酸甲乙烯酯EMC、30％～50％的乙酸甲酯MA、0.5％～5％的碳酸亚乙烯酯VC。
所述六氟磷酸锂LiPF6、碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙烯酯EMC、乙酸甲酯MA、碳酸亚乙烯酯VC均为电池级试剂，主含量均大于99.95％，水分≤5PPm。
一种锂离子电池，包括电极组和锂离子电池电解液，所述电极组和锂离子电池电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括正极、负极和隔膜，所述锂离子电池电解液由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为0.8～1.5mol/l，所述混合溶剂由以下重量百分含量的组分组成：20％～40％的碳酸乙烯酯EC、5％～30％的碳酸甲乙烯酯EMC、30％～50％的乙酸甲酯MA、0.5％～5％的碳酸亚乙烯酯VC。
为提高锂电池在低温条件下的电化学性能，解决目前锂电池在低温环境中的应用问题，本发明提供的低温型锂离子电池电解液增加了熔点较低的有机溶剂的用量，以拓宽电解液的应用温度范围，降低电解液的凝固点；同时加入了成膜添加剂，保证电池SEI膜的稳固性，使循环效果更好。本发明提供的低温型锂离子电池电解液以电导率高的有机溶剂碳酸乙烯酯EC作为基本溶剂，选择熔点较低且具有较高电导率的碳酸甲乙烯酯EMC、乙酸甲酯MA作为溶剂体系的组成部分，碳酸甲乙烯酯EMC和乙酸甲酯MA可改善电解液的低温导电性能，使整个电解液保持粘度适中，具有较高的电导率。加入成膜添加剂碳酸亚乙烯酯VC，能改善电解液的成膜性能。由于环状EC具有较高的介电常数和粘度，加入低粘度的链状EMC(熔点-55℃)具有较低的熔点，可以改善混合溶剂的离子电导率，拓宽混合溶剂的使用温度范围，增加电池的安全性；MA(熔点-98℃、粘度0.37mPa.s、介电常数6.7c/v.m)具有较低的熔点和比较高的介电常数，在低温条件下可显著改善电解液的低温性能。此外，碳酸亚乙烯酯(VC)是一种含有不饱和双键的环状有机溶剂，在锂离子电池首次充放电中能够形成性能稳定的SEI膜-烷氧基碳酸酯锂，同时VC的成膜电位均低于以上几种溶剂的成膜电位，从而减少锂离子的损失，增大电池容量，有利于提高锂离子电池的循环寿命。本发明通过在基本溶剂碳酸乙烯酯EC中加入低熔点的有机溶剂碳酸甲乙烯酯EMC和乙酸甲酯MA以及成膜添加剂碳酸亚乙烯酯VC，使锂离子电池的低温性能得到了改善。
本发明提供的低温型锂离子电池电解液具有如下优点：该电解液在低温-40℃的环境中，静置16～24h，然后以0.2C放电，放电容量是常温(25℃)0.2C放电容量的55％，-20℃、1C放电容量是常温(25℃)0.2C放电容量的90％。
总的来说，目前的锂离子电池在低温环境中应用时，电化学性能会受到影响。本发明提供的低温型锂离子电池电解液降低了电解液的熔点，增加了低熔点溶剂的用量，提高了锂离子电池在低温条件下的电化学性能，大大拓宽了锂离子电池的应用范围。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本实施例提供的低温型锂离子电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为0.8mol/l，混合溶剂由以下重量百分含量的组分组成：20％的碳酸乙烯酯EC、30％的碳酸甲乙烯酯EMC、45％的乙酸甲酯MA、5％的碳酸亚乙烯酯VC。
随机抽取20个未注液的1665132电池，于恒温恒湿房中将这20块电池分别注入本实施例提供的低温型锂离子电池电解液，按常规方法将已注液的电池进行老化、化成、除气、封口、分容，制得锂离子电池。
实施例2
本实施例提供的低温型锂离子电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1.0mol/l，混合溶剂由以下重量百分含量的组分组成：40％的碳酸乙烯酯EC、9.5％的碳酸甲乙烯酯EMC、50％的乙酸甲酯MA、0.5％的碳酸亚乙烯酯VC。
随机抽取20个未注液的1665132电池，于恒温恒湿房中将这20块电池分别注入本实施例提供的低温型锂离子电池电解液，按常规方法将已注液的电池进行老化、化成、除气、封口、分容，制得锂离子电池。
实施例3
本实施例提供的低温型锂离子电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1.5mol/l，混合溶剂由以下重量百分含量的组分组成：40％的碳酸乙烯酯EC、27％的碳酸甲乙烯酯EMC、30％的乙酸甲酯MA、3％的碳酸亚乙烯酯VC。
随机抽取20个未注液的1665132电池，于恒温恒湿房中将这20块电池分别注入本实施例提供的低温型锂离子电池电解液，按常规方法将已注液的电池进行老化、化成、除气、封口、分容，制得锂离子电池。
实施例4
本实施例提供的低温型锂离子电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1.2mol/l，混合溶剂由以下重量百分含量的组分组成：40％的碳酸乙烯酯EC、5％的碳酸甲乙烯酯EMC、50％的乙酸甲酯MA、5％的碳酸亚乙烯酯VC。
随机抽取20个未注液的1665132电池，于恒温恒湿房中将这20块电池分别注入本实施例提供的低温型锂离子电池电解液，按常规方法将已注液的电池进行老化、化成、除气、封口、分容，制得锂离子电池。
实施例1-实施例4中使用的原料六氟磷酸锂LiPF6、碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙烯酯EMC、乙酸甲酯MA、碳酸亚乙烯酯VC均为电池级试剂，主含量均大于99.95％，水分≤5PPm。
为便于比较，上述实施例1-4中采用的注液电池均指同一批同型号(1665132S)的电池，所说的同一批是指该批电池的前序生产工艺都一样，而唯一不同的是注液工序中注入的电解液不同。该型号的电池中，负极为复合石墨，正极为锰酸锂。
分别测试实施例1-实施例4制作的锂离子电池的低温性能和循环性能，测试结果见表1所示。表中所得数据为每个实施例中制得的20个锂离子电池所测数据的平均值。
表1  实施例1-4制得的锂离子电池的性能测试结果
  测试项目   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
  -40℃0.2C放电容量保持率   54.1％   55.1％   55.5％   54.8％
  -20℃1C放电容量保持率   88.2％   89.3％   90.5％   90.1％
  25℃1C 300周循环的效率   90.6％   91.1％   91.8％   90.6％
通过表1的测试结果可以看出，采用本发明提供的低温型锂离子电池电解液制得的锂离子电池的低温性能和循环性能优良。

Claims (3)

1.一种低温型锂离子电池电解液，其特征在于，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为0.8～1.5mol/l，所述混合溶剂由以下重量百分含量的组分组成：20％～40％的碳酸乙烯酯EC、5％～30％的碳酸甲乙烯酯EMC、30％～50％的乙酸甲酯MA、0.5％～5％的碳酸亚乙烯酯VC。
2.根据权利要求1所述的低温型锂离子电池电解液，其特征在于，所述六氟磷酸锂LiPF6、碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙烯酯EMC、乙酸甲酯MA、碳酸亚乙烯酯VC均为电池级试剂，主含量均大于99.95％，水分≤5PPm。
3.一种锂离子电池，包括电极组和锂离子电池电解液，所述电极组和锂离子电池电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括正极、负极和隔膜，其特征在于，所述锂离子电池电解液为权利要求1或2所述的电解液。
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